基于CPLD與單片機(jī)的雙向通信控制器設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中，人們常常采用單片機(jī)作為控制核心。但這種方法硬件連線復(fù)雜，可靠性差，且單片機(jī)的端口數(shù)目、內(nèi)部定時(shí)器和中斷源的個(gè)數(shù)都有限，在實(shí)際應(yīng)用中往往需要外加擴(kuò)展芯片。這無疑對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來諸多不便。

現(xiàn)在有很多系統(tǒng)采用可編程邏輯器件CPLD作為控制核心。它與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比較，不僅簡化了接口和控制，提高了系統(tǒng)的整體性能及工作可靠性，也為系統(tǒng)集成創(chuàng)造了條件。但可編程邏輯器件的D觸發(fā)器資源非常有限，而且可編程邏輯器件在控制時(shí)序方面不如單片機(jī)那樣方便，很多不熟悉的應(yīng)用者往往感到應(yīng)用起來非常的困難。利用可編程邏輯器件和單片機(jī)構(gòu)成的雙向通信控制器克服了兩者的缺點(diǎn)，且把二者的長處最大限度地發(fā)揮出來。

1 CPLD與單片機(jī)AT89C51雙向串行通信原理

1.1 單片機(jī)到可編程邏輯器件的串行通信

單片機(jī)到CPLD的串行通信接口電路是利用VHDL語言在CPLD中設(shè)計(jì)一個(gè)串行輸入并行輸出的八位移位寄存器，其端口與單片機(jī)的P1.4～P1.7相連，如圖1所示。CS為單片機(jī)選信號，當(dāng)其為低時(shí)使能八位寄存器；當(dāng)DCLOCK信號的上升沿到達(dá)clk端口時(shí)，八位移位寄存器就會(huì)將單片機(jī)輸出到cxin的一位數(shù)據(jù)移入；當(dāng)單片機(jī)A寄存器中的八位數(shù)據(jù)欲傳送給CPLD時(shí)，就在P1.6連續(xù)產(chǎn)生八次上升沿，單片機(jī)便順次地將A中的數(shù)據(jù)移到cxin，八次后A中的數(shù)據(jù)段就會(huì)出現(xiàn)在CPLD的cxout中。

其VHDL源程序如下：

　entity cuanxing is
　　port （clk，cxin，cs:in std_logic;
　　cxout:out std_logic_vector（7 downto 0））;
　　end;
　　architecture rtl of cuanxing is
　　signal shift:std_logic_vector（7 downto 0） ;八位暫存變量并行輸出
　　begin
　　process（clk）
　　begin
　　if（cs=‘0’）then
　　shift =（others=>‘0’）;若未被選中，輸出全零
　　elsif（clk‘event and clk=’1‘）then ;若上升沿到達(dá)clk時(shí)，被選中。
　　shift（7 downto 1）=shift（6 downto 0） ;八位數(shù)據(jù)前移一位
　　shift（0）=cxin；最低位由cxin輸入
　　end if;
　　end process;
　　cxout=shift;將八位變量送至端口
　　end rtl；
　　與之相對應(yīng)的單片機(jī)控制子程序如下（待發(fā)數(shù)據(jù)存放在A中）：
　　CS EQU P1.4
　　EN EQU P1.5
　　DCLOCK EQU P1.6
　　DOUT EQU P1.7
　　CONV：PUSH 07H
　　MOV R7，#8 ;將移位個(gè)數(shù)8存入R7
　　CLR DCLOCK
　　SETB CS ；選中移位寄存器
　　CLR EN
　　CLR C
　　JXL：RLC A ；左移一位，將待發(fā)數(shù)據(jù)送至CY
　　MOV DOUT，C ；送至端口
　　ACALL YS1MS
　　SETB DCLOCK ；給一個(gè)上升沿，將數(shù)據(jù)移入移位寄存器
　　ACALL YS1MS
　　CLR DCLOCK
　　DJNZ R7，JXL ；若未到8次則傳送下一位
　　SETB EN ；八位命令字全部移入，給EN一個(gè)上升沿，使CPLD執(zhí)行相應(yīng)操作
　　ACALL YS1MS
　　POP 07H
　　RET